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1、第5期真 空1999年10月Vacuum2VacuumTechnologyandMaterial193一种保持真空室真空度稳定的控制系统程 健 邬钦崇(中科院等离子体物理研究所)ControlSystemtoKeepVacuumStabilityinVacuumChamberChengJian,WuQinchong(InstituteofPhysics,ChineseAcademyofSciences)AbstractThisoperationiscarriedouttomatchwiththe“863”projec
2、t,thediamondcoatingequip2ment.Becausethetimeisforseveral2tenhourtodepositthediamondfilm,thevacuumstabilityinchamberwillaffectthefilmqualitygreatly,soitisthekeytechnologytokeepthevacuumstabili2ty.Inthispaper,brieflyintroducetheoperationprincipletocontrolthevacuumsta
3、bilitywiththecomputeronsliceandthedetailmethodofhardandsoftware.Onthebasisoftherequirementthevacuumpressurecanberegulatedandsetwiththecontrolsystem,thissystemcanbematchedwiththeandvacuumequipmentwiththevacuumrequirementofvacuumstability.摘 要 本项工作是配套“863”项目金刚石镀膜装置而进行
4、的。由于沉积金刚石膜的时间长达几十个小时,而真空室真空度的稳定性对成膜质量的好坏有很大的影响,所以保持真空度的稳定将成为一个关键性的技术问题。本文简要地介绍了利用单片机实现真空度稳定控制的工作原理,阐述了软、硬件的具体实现方法。该控制系统可按需要进行真空度的调节和设置,与任何有稳定真空度要求的真空装置相配套。关键词:金刚石膜 单片机 真空度稳定一、概 述随着真空应用领域的不断扩展和深入,对真空技术的要求亦越来越高,针对不同的应用领域要采取与之相适应的方法和措施。从控制的角度,为保持某一真空度的稳定性,一般有两种方法。第一种
5、方法是采用流量控制器进行反馈控制,通过对进气量的调节达到保持稳定真空度的目的,它适用于没有反应气体存在或产生的场合;第二种方法是在抽气口串入一只调节阀,通过对调节阀的控制来保持真空度的稳定,它的适用性更为广泛,可与输入气体的流量各自独立控制。对于等离子体应用装置而言,它的真空度是动态的。为保持工作的持续性和稳定性,需不断供给工作气体和反应气体,并与抽气系统保持动态平衡。影响动态平衡的因素很多,诸如真空室内壁的放气率、泵的抽速、耗气量的变化等等。采用流量控制法保持动态平衡,真空室的各收稿日期 1999201228 邮编
6、2300313 该项目为“863”计划支持项目20真 空 第5期种气体的组分比不能保持稳定,这对于某些成膜质量要求比较高的场合显然是不合适的,例如沉积金刚石膜。在保持进气量恒定的情况下,通过控制抽气口调节阀开启量的大小可满足上述要求。二、系统构成及工作原理控制系统的原理方框图如图1所示。在真空抽气系统开始工作时,控制器应保证调节阀处于最大开启位置,待真空室真空度抽到相对稳定状态后,开启动态控制器,通过调节螺旋电位器,设置要求的真空度值并保持动态平衡。在正常工作状态下,单片机控制器的Aö
7、D转换器不断对真空计和调节电路输出的电压信号进行模数转换,转换信号经滤波和PID控制处理给出相应的输出脉冲数和电机正反转控制信号,脉冲信号经图1Fig1.驱动电路放大驱动三相六拍步进电机,带动调节阀转动,这样就可以改变出气量的大小,从而影响真空度的变化。真空度的改变引起真空计输出至单片机控制器电压信号的变化,使之电压值不断接近调节电路设定的电压信号值,当两者之间的差值小于控制精度值时,输出脉冲数为零,从而达到一种动态平衡。在直接对真空计和调节电路输出电压信号进行模数转换比较不能满足控制精度要求的情况下,可将上述工作状态作为粗
8、调控制,在此基础上,将两路信号作为差分放大器的输入信号。考虑输出信号正负的变化,再加一偏置电路,使其输出电压值在零至某一上限值之间变化。该信号输入至单片机控制器,经模数转换可直接作为PID控制的变化差值输入。因其精度为粗7调控制的2分之一,所以姑且称之为细调控制。若步进电机带动调节阀转动到
